KI-Rechenzentren bringen Gleichstrom wachsende Rolle

Laut einem Bericht von ABB und BCG rückt Gleichstrom durch KI-Rechenzentren und erneuerbare Energien stärker in den Fokus.

Der Technologiekonzern ABB hat gemeinsam mit der Unternehmensberatung Boston Consulting Group (BCG) einen Bericht mit dem Titel „The Strategic Case for Hybrid AC/DC Power: Shaping the Transition to the Next Electrical Architecture“ veröffentlicht. Darin argumentieren die Autoren, dass Gleichstromtechnologie (DC) zunehmend aus einer Nischenrolle heraustritt und zu einem zentralen Bestandteil industrieller, gewerblicher und digitaler Infrastruktur wird.

KI-Rechenzentren als zentraler Treiber

Laut Bericht ist der Ausbau von KI-Rechenzentren einer der unmittelbarsten Treiber für den Einsatz von Gleichstrom. Da KI-Workloads die Anforderungen an die Leistungsdichte weiter erhöhen, stießen klassische Wechselstrom-Architekturen an praktische Grenzen. Als maßgebliche Architektur für KI-Infrastruktur der nächsten Generation nennt der Bericht eine 800-Volt-Gleichstromverteilung, die es Betreibern ermögliche, mehr Rechenkapazität innerhalb begrenzter Netzanschlüsse unterzubringen.

Als weitere Zahlen führt der Bericht unter Berufung auf die Internationale Energieagentur (IEA) an, dass sich der weltweite Stromverbrauch von Rechenzentren bis 2030 voraussichtlich verdoppelt; zudem würden bereits heute rund 70 Prozent der elektrischen Energie über Leistungselektronik verarbeitet, mit der DC-Systeme direkt zusammenarbeiten. Die weltweite Batteriespeicherkapazität soll laut den zitierten Quellen bis 2030 versechsfachen, die Photovoltaik-Kapazität sich verdoppeln.

Drei verbreitete Einwände gegen Gleichstrom

Der Bericht geht auf drei aus Sicht der Autoren veraltete Annahmen ein. Erstens sei DC keineswegs nur für Nischenanwendungen geeignet: Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HVDC) sei seit Jahrzehnten etwa bei Offshore-Windparks etabliert, während auf niedrigeren Spannungsebenen bereits IT-Geräte, Elektrofahrzeug-Batterien und Antriebe intern mit Gleichstrom liefen. Zweitens gelte die Sicherheit von DC-Systemen zwar als technische Herausforderung, da Gleichstrom anders als Wechselstrom keinen natürlichen Nulldurchgang hat, was Störungen schwerer unterbrechbar macht; Fortschritte bei Halbleiter– und Hybrid-Leistungsschaltern hätten dieses Problem aber weitgehend gelöst, sodass sich DC-Störungen inzwischen im Mikrosekundenbereich unterbrechen ließen.

Drittens sei die verbreitete Annahme, DC sei grundsätzlich teurer, laut Bericht vor allem auf geringere Produktionsvolumina einzelner Komponenten zurückzuführen und nicht auf einen technischen Nachteil; bei den Gesamtsystemkosten könnten gemeinsam genutzte DC-Architekturen durch weniger Umwandlungstechnik, geringeren Kupferbedarf und weniger Platzbedarf sogar Vorteile bieten.

Anwendungsbeispiele in der Praxis

Als Beispiele nennt der Bericht unter anderem die Schifffahrt: In Kanada stattet ABB nach eigenen Angaben neue Hybrid-Elektro-Fähren des Betreibers BC Ferries mit integrierten Gleichstrom-Antriebs- und Steuerungssystemen aus. Im Rechenzentrumsbereich gibt ABB an, dass bereits jedes vierte Rechenzentrum ABB-Gleichstromtechnik einsetze; zudem entwickle das Unternehmen gemeinsam mit Nvidia 800-Volt-Gleichstromlösungen für KI-Infrastruktur der nächsten Generation.

In der Industrie werde Gleichstrom unter anderem für Elektrolyseanlagen, Lichtbogenöfen und Schweißprozesse als vorteilhaft beschrieben; in Finnland versorge ABB nach eigenen Angaben Europas erste kohlenstoffarme Aluminiumhütte mit Hochleistungs-Gleichstromgleichrichtern, in Kanada arbeite das Unternehmen mit der Firma Hydrogen Optimized an Gleichstromsystemen für die Produktion von grünem Wasserstoff zusammen. Bei Gewerbegebäuden verweist der Bericht auf ohnehin gleichstrombetriebene Lasten wie Aufzüge, Klimatechnik oder Ladeinfrastruktur, die sich über eine gemeinsame DC-Versorgungsschiene bündeln ließen.

Standards und Fachkräfte als größte Hürden

Als größte Hindernisse für eine breitere Einführung nennt der Bericht uneinheitliche Standards sowie fehlende Fachkräfte. Zugelassene Geräte müssten je nach Region oft neu geprüft oder angepasst werden, was Projekte verzögere und verteuere; Initiativen wie Current/OS und die Open DC Alliance arbeiteten an einheitlicheren, interoperablen Standards. Der Mangel an Fachkräften mit Gleichstrom-spezifischem Wissen gilt laut Bericht als einer der am häufigsten genannten Hemmschuhe, wobei die benötigten Kompetenzen dem bestehenden Berufsbild in der Leistungselektronik nahestehen und sich daher eher durch gezielte Weiterbildung als durch den Aufbau komplett neuer Fachkräftepools schließen ließen.

„In einer Welt, die mehr Strom benötigen wird, während sie gleichzeitig innerhalb der Grenzen der bestehenden Infrastruktur operieren muss, erfordert die breitere Einführung von Gleichstromsystemen eine stärkere Zusammenarbeit zwischen Führungskräften aus der Wirtschaft, politischen Entscheidungsträgern und Akteuren aus der Technologiebranche.“

Morten Wierod, ABB-Chef

Sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom würden dabei jeweils eine wichtige Rolle spielen, so Wierod weiter. ABB verweist zudem auf eigene, teils schon länger zurückliegende DC-Projekte: So habe das Unternehmen mit einem gleichstrombasierten Bordstromversorgungssystem auf Schiffen Kraftstoffeinsparungen von bis zu 27 Prozent erzielt und 2022 nach eigenen Angaben den ersten Halbleiter-Leistungsschalter der Branche auf den Markt gebracht. Das Unternehmen hält nach eigenen Angaben mehr als 700 gleichstrombezogene Patente.

(ABB/BCG/red)